Способ определения спектра импульсного электронного потока

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕС1 !УБЛИН

1!9!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР описания изопрптени

ВЩД @

Ы ;ДЩ- щ р ;-.-!.. !;.:

БЯЗЕЙ®() уЕу

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 23. 07. 92. Ьюл. Ф 27 (21) 4706536/25 (22) 16.06.89 (72) H.В,Минашкин, В,Д,Селемир и 11,В,Степанов (53) 621.387.424(088.8) (56) Козлов И.Г. и др. Современные проблемы электронной спектроскопии.

И.: Лтомпздат, 1978, с. 7-29, Иоскален Г>.A. и др, Измерение па» раметров пучков заряженных частиц.

И,: Лтомиздат, 1980, с. 73-76. (54) СПОСОБ ОПРЕЛО!1,"Л!,ПИ!! СП! .КТРЛ ИИПУЛЬС НОГО Э! !Г КТРО1! !!ОГО ПОТО КЛ (57) Изобретение относится к способу определения спектра импульсного электронного потока. Целью изобретения является повьнпепие помехоустойчнвосИзобретение относится к области спектрометрии ионизирующих излучений, в частности, к спектрометрии заряженных частиц, и предназначено для использования при исследованиях спектра интенсивных импульсных электронных потоков в условиях сильных электромагнитных помех.

Известно болтлное количество спосо- . бов определения сгектра различных электронных потоков. Недостатком болыпинства этих способов является то, что они не могут обеспечить регистрацию распределения электронов по энергиям во всем спектре после одного импульса электронного потока.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения ти измерений путем увеличения мощности полезного сигнала эа счет уне личения тока электронного пучка, достигающего регистратора. Способ включает фокусирование исследуемого электронного потока продольным магнитным полем соленоида, Формирование электронного пучка коллиматором, диспергиронание пучка по энергиям с помощью тороидпльного магнитного поля сектор» тороида и регистрацию пространственного распределения плотности тока н диспе1.гированном пучке регистратором. Направление оси коллиматора обеспечивает ввод электронного пучка в диспергирующее тороидальное

Ф% магяптное ноле вдоль его силовых линий. спектра импульсного электронного потока, реализованный в спектрометрах с ojlHopo IJIIIM поперечньпи магнитным

)4фцй полем. Суть этого способа заключается в том, что исследуемый электроннь!й поток колины;руют, сформированный таким образом электронный пучок QG диспергируют по энергиям с помощью магнитного поля, поспе чего регистрируют пространственное распределение плотности тока в дпспергиронанном пучке. При этом поток перед колли-,ф» мированием экраннруют от внепншх магнитных полей, в том числе и от диспергирующего магнитного поля, а в.качестве диспергирующего используют однородное поперечное магнитное поле.

Недостатком прототипа Bl)JIHpтся сильное ограничение тока пучка, достига" кп)его регистратора, lxn определяет малую мощность полезного сигнала, снимаемого с регистратора н, следовательно, низкую помехоустойчиво..ть намерений. Экраниропка потока перед коллимированием исключает возможность его фокусирования, поэтому под деИствием кулоновских сил расталкивания

IIoToK расходится, плотность тока в нем падает, что и ограничивает величину тока пучка, формируемого коллиматором и вводимого в область диспергирующего магнитного поля. Использование в качестве дпспергпрующего однородного поперечного магнитного поля определяет расхождение пучка под действием кулоновских сил расталкива ния в направлении вдоль силовых линий поля, так как фокусировка электронов в этом направлении в таком поле отсутствует. Поскольку размеры регистратора в этом направлении ограниче- )5 ны, то и величина тока пучка, достигающего регистратора, будет ограничена.

В реальных спектрометрах, реализующих способ-прототип, ток пучка, достигающего регистратора., не превышает единиц ампер, что определяет малую мощность полезного сигнала и не позволяет использовать такие спектрометры в условиях сильных электромагнитных помех ввиду низкой помехоустойчивости измерений.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости измерен)гй путем увеличения мощности полезного сигнала за счет увеличения тока элек40 тронного пучка, достигающего регистратора. укаэанная цель достигается тем, что в способе определения спектра импульсного электронного потока,. включающем коллимирование электронного потока, диспергирование сформированного ком)иматорои электронного пучка по энергиям с помощью магнитного поля и регистрацюо пространст50 венного распределения! плотности тока в диспергированном пучке, электронный поток перед коллимнрованием

4юкусируют, в качестве диспергирующего используют тороидальное магнит55 ное поле, причем ввод пучка в это иоле олуществляют вдоль его силовых линий

Фок jc .))$)o))аннР электронного:" Îê)I перед коллнмироl)аннам oз))оляет ослаб))ть (илн )IcKJ))0 !Ить) pE)ñõoæÄe)!èe потока нод действнег) кулононских снл расталкивания, тР)) самь))1 увеличивается плотность тока (но сравнению со случаем отсутствия фокус)!ровкн) II следонательно, возрастает ток пучка, формируемого колчиматором и вводимого в область кислер) нрующего магнитного поля, Использован!1е в качРстве днсперги рующего тороидальпого магнит!!ого пои ля при условии, что электронный пучок вводят в него вдоль его силовым линий, обеспечивает для движущихся в нем моноэнергетнчных электронов двухмерную фокусировку, что позволяет ослабить (или исключить) расхождение пучка под действием кулоновскнх снл. расталкивания в направлении, перпендикулярном направлению разделения электронного пучка по энергиям. Это позволяет увеличить ток пучка, достигающего регистратора.

Таким образом, сннмается жесткое ограничение на величину тока пучка, достигающего регистратора: фокусирование потока перед коллнмированием обеспечивает возможность введения в диспергирующее магнитное иоле пучка с балы)им током, а фокусирующие своПства используемого в качестве дпспергирующего тороидального магннтного поля обеспечивают достижение этим пучком регистратора. В результате возрастает (по сравнению с прототипом) мощность полезно о сигнала, снимаемого с регистратора, и за счет этого увеличивается помехоустойчивость измерений.

Известно использование в качестве диспергпрую)))его торопдального магнитного поля (в электронном спектрометре Владим))рского). Однако в данном. спектрометре ввод исследуемого электронного потока осуществляют через специальные промежутки между витками электромагнита перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, поэтому фокусирующие свойства тороидального магнитного поля, используемые в предлагаемом решении; здесь не проявляются.

Известен модифицированный бета- . трон, в котором ввод и движение электронов происходит в тороидальном магнитном поле вдоль его силовых линиИ.

16816

Здесь торвил; льиое магнитное иоле используют с tip»t>to gnttyrttpotttttt ttotrostrepгетического пучка электронов, однако диспергирующеp. свойство этого поля

5 иа котором основано его ти пользование в предлагаемом petttetttrtt, отрицательно влияет иа работу модифицированного бетатроиа и подавляется с. помощью специальных мер, 10

На чертеже схематически изображен спектрометр, с помощью которого реализуется способ.

Спектрометр состоип ттэ соленоида

1, коллиматора 2, сектора тороида 3 и регистратора lt, Способ реализуется следующим образом.

Исследуемыи электронный поток вводится lo оси соленоида 1, продоль- 20 иое магнитное поле которого фокусирует поток перед коллимироваиием.

Диспергирующее тороидальное магнитное поле создается сектором тороида 3 (тороид представляет собой провод, навитый на каркас, имеющий Форму тока). Ост коллиматора 2 является касательной к силовым линиям поля сектора тороида 3, тем самым ввод сформированного коллилиттором электронно- 30 го пучка происходит вдоль сттловьтх линий диспсргирующеro тороидального магнитного полл. Магнитное поле рассеяния иа входе в сектор тороида пренебрежимо лтало, так как средние величины напряженностей магнитного поля «а выходе соленоида и на входе тороида совпадают, что легко может быть обеспечено в реальном устройстве.

При движении пучка в тороидальном 40 магнитном поле происходит разделение электронов с различными энергиями эа счет зависимости суммарной скорости центробежного. и градиентного дрейфа электронов от их энергии, 4

Направление скорости дрейфа перпендикулярно медианной плоскости сектора тороида. Диспергированиый таким образом пучок попадает на регистратор, который может представлять из себя, в частности, секционироваиный коллектор. Регистратор размещен внутри сектора тороида, чтобы исключить влиаппе рассеянного магнитного поля на выходе сектоРа тороттда на движение электронов.

Для представленной иа чертеже схемы конструкции ытектрометра на ЭВМ быпо рассчитано пространственное рас59 б нрелелеиие магнитного поля, тт котором также с пом ".Чт.ю ЭВМ были рассчитаны траектории движения электронов с различными энергиями для потоков с различными плотностями тока. Результаты проведенных расчетов, и также эксперименты показывают, что при обе. печении такой же раэретпяющей способности, что и и лучших спектрометрах, реатшзующих способ-прототип (2,5Я при определении граничной энергии и

1ОХ при измеретттттт не трерывттого спетстрд}, ток пучка, достигающего регистратора, может быть увели tPH pro десятков (до сотни) ампер, что в 10-50 раз болыпе аналогичного показателя способа-прототипа. Тем самым обеспечивается соОтветствующее увеличеHtre мощнОсти полезного сигнала, снимаемого с регистрьттора, и, следовательно, повьппается помехоустойчивость измерений, Хотя спектрометр, реализующий способ, будет, скорес воern, превосходить прототип по габаритам, .а также потребует высоковольтного блока питания для запитки обмотки электромагнита, благодаря обеспечиваемой этим способом ттовышеиной помехоустойчттвости и 1мсрений может быть значительно расширена сфера применения магнитных электронных сгсктрометров, характеризующихся высокой разрешающей способностью, поскольку этот способ позлоляет снттзтттт треботтания к уровню помех в зкспсримеитах с интенсивными импульсными электронными потоками. Тем салым будет повышена точность измерения спектра электронов в таких весьма актуальных экспериментах.

Форлтула изобретения

Способ определения спектра импульсного электропного потока, включающий коллимирование электронного потока, диспергирование сформированного коллиматором электронного пучка по энергиям с помощью магнитного поля и регистрацию пространственного распределения плотности тока в диспергированном пучке, . о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости измерений, путем увеличения мощности полезного сигнала за счет увеличения тока электронного пучка, достигающего регистра1681658 в

Фора, эЛектронный поток перед кол- ное магнитное поле, причем ввод пучка лимированиЕМ Фокусируют, в качестве . в это поле осуществляют вдоль его диспергиуующего испольэувт тороидаль- силовых линий.

Составитель В.Еостерев .

Редактор Н.Коляда Тежред А,Кравчук . Корректор М,Самборская

М

Закаэ 2826 . . Тирак Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, й-35„ Рауаская наб., д. 4/5

° В

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент" ° г.уиород, ул. Гагарина,301